模糊PID温度控制方案的仿真优选及其实现

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课题的任务是研究一种控制算法,并在TMS320F240的硬件平台上编程实现。该算法用于对注塑机料桶加热器进行控制,要达到的技术要求是快速升温、超调小和稳定保温。 本论文把任务分解为两个问题进行研究: 首先是选择一种合适的控制算法,其次是将所选择的控制算法实现。 对料桶加热器这样一个控制对象,可选的方案是很多的。 第一个可以考虑的方案是PID控制,因为它简单,容易实现,在大多数情况下可以满足性能要求,在现有的控制方案中,它仍占了80%以上。它的性能取决于参数的整定情况。而且它还有可消除稳态误差的优点。但它的快速性和超调量之间的矛盾关系,使它不一定能满足快速升温、超调小的技术要求。 第二个值得尝试的方案就是模糊控制,因为它在快速性方面有着自己的优势。而且据文献介绍,在快速的同时,可以保持较小的超调量。但由于它的理论并不完善,对它可能获得的控制性能无法把握。而且由于它是一个基于隶属函数图形的推理过程,算法复杂,它的程序实现是一个问题。另外,它的控制过程会存在稳态误差。 本论文分析了以上两种控制策略的不同优缺点,考虑可以把它们相互结合,实现优势互补。也就是升温用模糊控制,实现快速升温,保温时用PID控制,消除稳态误差。 本论文用MATLAB对上述可能的三种方案进行了仿真。最后确定出模糊PID的控制方案。 对算法的编程实现问题,也就是模糊控制策略在TMS320F240上的实现,本论文作者使用一个可把所设计的模糊控制器自动转化成优化的TMS320F240代码的软件fuzzyTECH,解决了模糊控制策略的复杂的编程问题,既保证了质量,又提高了开发速度。特别对于模糊控制这种数学结构不明确,可调参数很多,参数的改变对程序的改动大,可得到的控制器的性能主要处决于对控制器的多次调试的情况,这个软件的优势就更加突出了。因此除仿真之外,本文作者的另一个主要工作就是用这个软件把优选出来的模糊控制策略转化成TMS320F240的控制代码,并把这些代码与整个控制系统的代码融合起来。 在这之后进行了实验验证。 最后得出的结论是:模糊PID的方案是可行的。这也说明,用MATLAB仿真,用fuzzyTECH产生模糊控制代码这样一种开发模糊控制的方案也是可行的。
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